毛细管水上升高度室外试验仪的制作方法

1.本实用新型属于土壤水测试技术领域，具体涉及一种毛细管水上升高度室外试验仪。


背景技术：

2.松散层毛细管水上升高度问题对水库区及渠道两侧及坝下浸没问题评价至关重要。一方面，毛细管水的上升是引起路基冻害的因素之一；另一方面，毛细管水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化，对建筑工程及农业经济都有很大的影响，但是目前的用于毛细水的测试仪器普遍使用不方便。
3.根据以往工程实践分析，通常采用的室内监测仪会存在受扰动或取样典型性的问题，室内试验测定的毛细管水上升高度与实际有较大偏差，据此做出评价后造成部分项目评价的浸没面积过大。经过多年实践，认为通过对现场不同土壤层进行直接测试毛细管水上升高度，比较符合实际情况，但目前没有该类现场测试仪器。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提出一种毛细管水上升高度室外试验仪，解决现有技术存在的毛细管水上升高度的测量与实际有较大偏差的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪至少包括土体固定部、设置在土体固定部下端的恒定水箱部以及设置在所述土体固定部的挡板上的土壤水分传感器，通过所述恒定水箱部为所述土体固定部内的土体提供恒定水头环境；
6.所述土体固定部包括：
7.四个相互平行设置的滑轨，四个所述滑轨作为六面体的四个棱；距离较远的相邻两个滑轨作为一组，另外两个滑轨作为一组；
8.分别和两组滑轨滑动配合的两个挡板，两个挡板以及滑轨构成的内部空间作为土体固定空间，容纳待检测土体，所述挡板表部均匀分布多个探针监测孔，多个所述土壤水分传感器分别和所述探针监测孔连通；
9.以及设置在所述滑轨下端的底部固定框，所述底部固定框的四角分别和四个滑轨下端连接，所述底部固定框为镂空结构。
10.所述恒定水箱部包括：
11.位于下方的储水箱；
12.设置在所述储水箱上方的恒定水头水箱，所述恒定水头水箱内的水体和位于土体固定部内的待检测土体接触；
13.以及设置在所述储水箱内的水泵，通过所述水泵将储水箱内的水泵入至恒定水头水箱。
14.所述恒定水头水箱整体尺寸小于储水箱尺寸，各边均位于储水箱的内侧。
15.所述底部固定框为凹字形金属框，所述储水箱位于凹字形金属框下方的板体上，
所述恒定水头水箱位于所述凹字形金属的凹槽内。
16.所述挡板上的探针检测孔排布形式为：由下至上等间距分布。
17.每个所述的挡板包括自上而下依次排布的多块板体构成，多块板体宽度方向相同，分别和对应的滑轨配合。
18.所述试验仪还包括监测仪器以及连接线节点；多个所述土壤水分传感器通过连接线节点与所述监测仪器连接，实施监测各个土壤水分传感器所在位置的水分。
19.本实用新型的有益效果为：本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪通过在室外布设实现实地对毛细管水上升高度进行测试；通过恒定水箱部的水泵不断的由储水箱向恒定水头水箱泵水，保证恒定水头水箱内的水位，对待检测土体底部提供恒定水源，恒定水头水箱整体位于储水箱上方，空间上位于储水箱内侧，保证恒定水头水箱内流出的水直接进入储水箱内，实现水循环利用。
20.本系统投入使用后可在现场快速测出毛细管水上升高度，为浸没评价提供准确的数据，效率高，应用前景较好。本实用新型主要是研究能够快速在野外检测不同土壤层毛细管水上升高度试验检测系统。注重于应用方面，该系统具有轻便、便于携带、在野外原位外针对不同土壤层快速测出毛细管水上升高度，有效解决了室内试验受扰动或取样典型性等问题，可以用较少的野外投入取得大量的准确的资料。该系统的投入使用，可以准确预测不同工况情况下的浸没范围，减少不必要的征地，降低了工程建设成本，在各水利工程建设中应用空间很大，前景较好。
附图说明
21.图1为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪整体结构俯视图；
22.图2为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪挡板为多块板时整体结构主视图；
23.图3为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪挡板为一体板时整体结构隐藏主视图；
24.图4为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中监测仪器保护盖关闭状态示意图；
25.图5为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中监测仪器保护盖打开状态示意图；
26.图6为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中连接线节点主视图；
27.图7为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中连接线节点左视图；
28.图8为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中土壤水分传感器结构主视图；
29.图9为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪中土壤水分传感器结构俯视图；
30.图10为本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪在野外安装后使用状态图；
31.其中：1、土体固定部，101、滑轨，102、挡板，103、探针监测孔，104、底部固定框，105、固定钉，2、恒定水箱部，201、储水箱，202、恒定水头水箱，203、水泵，3、土壤水分传感器，301、探针，302、探头，303、接口，4、监测仪器，401、屏幕，5、连接线节点，6、待检测土体。
具体实施方式
32.下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
33.参见图1-图10，本实用新型的毛细管水上升高度室外试验仪至少包括土体固定部1、设置在土体固定部1下端的恒定水箱部2以及设置在所述土体固定部1的挡板102上的土壤水分传感器3，通过所述恒定水箱部2为所述土体固定部1内的土体提供恒定水头环境；
34.所述土体固定部1包括：
35.四个相互平行设置的滑轨101，四个所述滑轨101作为六面体的四个棱；距离较远的相邻两个滑轨101作为一组，另外两个滑轨101作为一组；本实施例中的滑轨101通过固定钉105固定在土体上；固定钉105伸入土体的长度为20cm；
36.分别和两组滑轨101滑动配合的两个挡板102，两个挡板102以及滑轨101构成的内部空间作为土体固定空间，容纳待检测土体6，所述挡板102表部均匀分布多个探针301监测孔103，多个所述土壤水分传感器3分别和所述探针301监测孔103连通；
37.以及设置在所述滑轨101下端的底部固定框104，所述底部固定框104的四角分别和四个滑轨101下端连接，所述底部固定框104为镂空结构。
38.所述恒定水箱部2包括：
39.位于下方的储水箱201；
40.设置在所述储水箱201上方的恒定水头水箱202，所述恒定水头水箱202内的水体和位于土体固定部1内的待检测土体6接触；
41.以及设置在所述储水箱201内的水泵203，通过所述水泵203将储水箱201内的水泵入至恒定水头水箱202。
42.所述恒定水头水箱202整体尺寸小于储水箱201尺寸，各边均位于储水箱201的内侧。保证恒定水头水箱202沿边缘溢出的水进入储水箱201内。
43.所述底部固定框104为凹字形金属框，所述储水箱201位于凹字形金属框下方的底板上，所述恒定水头水箱202位于所述凹字形金属的凹槽内。
44.所述挡板102上的探针监测孔103排布形式为：由下至上等间距分布。
45.每个所述的挡板102包括自上而下依次排布的多块板体构成，多块板体宽度方向相同，分别和对应的滑轨101配合。
46.所述试验仪还包括监测仪器4以及连接线节点5；多个所述土壤水分传感器3通过连接线节点5与所述监测仪器4连接，实时监测各个土壤水分传感器3所在位置的水分。
47.所述监测仪器4主要组成部分包括屏幕401、数据采集器qs-sfy、取卡器、仪器供电接口和仪器天线接口，所述屏幕401、取卡器、仪器供电接口和仪器天线接口分别和数据采集器qs-sfy电连接，仪器供电接口和仪器天线接口设置在监测仪器4的壳体上；仪器供电接口和外部电源连接供电；
48.所述连接线节点5主要组成部分包括传感器接口、连接线供电接口和连接线天线接口；所述连接线供电接口与外部电源连接供电；
49.所述土壤水分传感器3主要组成部分包括探针301、探头302和接口303；
50.所述土壤水分传感器3通过接口与连接线节点5的传感器接口电连接，连接线节点5的连接线天线接口和监测仪器4仪器天线接口连接，进而通过连接线节点5将土壤水分传感器3采集的信息传输至监测仪器4的数据采集器qs-sfy，并通过屏幕401显示，通过取卡器
部分存储。
51.本实用新型在使用时，首先根据现有相关规范及公认的标准，即地下水位以上土体一定时间浸泡以后含水率达80％的高度即认为是毛细管水上升的高度。检测设备以此为基础，通过在野外试坑内注水保持常水头，在水面以上在试坑壁上按20cm或30cm间距布距检测点，各点通过探头连接线直接连接至检测设备，通过软件计算各点含水率情况，自动计算出毛细管水上升高度。
52.布设时，在检测现场的土体上挖出两个坑体，两个坑体之间的土体作为待检测土体6，滑轨101设置在待检测土体6四角处，通过固定钉105固定进行固定，两个距离较远的两个滑轨101作为一组，挡板102在一组滑轨101与待检测土体6之间滑动配合，实现对土体的阻挡，另外两个滑轨101作为一组，另一个挡板102在另一组滑轨101和待检测土体6之间滑动配合，实现对土体的阻挡，将待检测土体6下方掏空，用于放置底部固定框104，同时，将储水箱201和恒定水头水箱202设置在底部固定框104上。进而实现现场结构的布设。
53.本实用新型的试验仪器使用说明：
54.一、数据采集
55.1、打开监测仪器4，检查仪器运行情况、节点连接情况(监测仪器4与节点通过无线连接，该连接始终开启，不能关闭)、检查土壤水分传感器3读数情况。
56.2、在主页面，选择新建工程，而后进行工程设定(已建立工程通过查看工程进入)，设定期间数据的采集、修改、计算结果均保存在同一工程文件下。
57.3、根据现场监测需要进行单次采集或等时差连续采集。
58.二、数据输入
59.1、数据采集完毕，可通过监测仪器4实时查看采集情况，或通过储存卡调取至电脑进行查看。
60.2、采集后可根据需要在监测仪器4上实时输入测试土体孔隙比、干密度、修正系数进行计算(参数若不输入默认为1)，而后自动保存。
61.本实用新型的试验仪试验数值计算依据为：
62.所选用公式均选自《工程地质手册》(第四版)，中国建筑工业出版社，2007年。
63.1、含水率计算公式(质量含水率计算公式)：
64.w＝wv/ρd65.其中:w为含水率，即质量含水率；
66.wv为体积含水率，由仪器现场测定；
67.ρd为测量土体的干密度，需要输入。
68.2、饱和度计算公式
69.sr＝(1+e)
×
wv/e
70.修正饱和度sr＝n
×
sr
71.其中：sr为饱和度；
72.n为修正系数，以工程为单位进行修正；
73.e为孔隙比，需要输入；
74.wv为体积含水率，由仪器现场测定；
75.ρd为测量土体的干密度，需要输入。

技术特征：
1.毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述试验仪至少包括土体固定部(1)、设置在土体固定部(1)下端的恒定水箱部(2)以及设置在所述土体固定部(1)的挡板(102)上的土壤水分传感器(3)，通过所述恒定水箱部(2)为所述土体固定部(1)内的土体提供恒定水头环境；所述土体固定部(1)包括：四个相互平行设置的滑轨(101)，四个所述滑轨(101)作为六面体的四个棱；距离较远的相邻两个滑轨(101)作为一组，另外两个滑轨(101)作为一组；分别和两组滑轨(101)滑动配合的两个挡板(102)，两个挡板(102)以及滑轨(101)构成的内部空间作为土体固定空间，容纳待检测土体(6)，所述挡板(102)表部均匀分布多个探针监测孔(103)，多个所述土壤水分传感器(3)分别和所述探针监测孔(103)连通；以及设置在所述滑轨(101)下端的底部固定框(104)，所述底部固定框(104)的四角分别和四个滑轨(101)下端连接，所述底部固定框(104)为镂空结构。2.根据权利要求1所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述恒定水箱部(2)包括：位于下方的储水箱(201)；设置在所述储水箱(201)上方的恒定水头水箱(202)，所述恒定水头水箱(202)内的水体和位于土体固定部(1)内的待检测土体(6)接触；以及设置在所述储水箱(201)内的水泵(203)，通过所述水泵(203)将储水箱(201)内的水泵入至恒定水头水箱(202)。3.根据权利要求2所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述恒定水头水箱(202)整体尺寸小于储水箱(201)尺寸，各边均位于储水箱(201)的内侧。4.根据权利要求2或3所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述底部固定框(104)为凹字形金属框，所述储水箱(201)位于凹字形金属框下方的板体上，所述恒定水头水箱(202)位于所述凹字形金属的凹槽内。5.根据权利要求1所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述挡板(102)上的探针监测孔(103)排布形式为：由下至上等间距分布。6.根据权利要求1所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，每个所述的挡板(102)包括自上而下依次排布的多块板体构成，多块板体宽度方向相同，分别和对应的滑轨(101)配合。7.根据权利要求1或2所述的毛细管水上升高度室外试验仪，其特征在于，所述试验仪还包括监测仪器(4)以及连接线节点(5)；多个所述土壤水分传感器(3)通过连接线节点(5)与所述监测仪器(4)连接，实施监测各个土壤水分传感器(3)所在位置的水分。

技术总结
毛细管水上升高度室外试验仪属于土壤水测试技术领域，目的在于解决毛细管水上升高度的测量与实际有较大偏差的问题。本实用新型至少包括土体固定部、设置在土体固定部下端的恒定水箱部以及设置在土体固定部的挡板上的土壤水分传感器，通过恒定水箱部为土体固定部内的土体提供恒定水环境；土体固定部包括：四个相互平行设置的滑轨，四个滑轨作为六面体的四个棱；距离较远的相邻两个滑轨作为一组，另外两个滑轨作为一组；分别和两组滑轨滑动配合的两个挡板，两个挡板以及滑轨构成的内部空间作为土体固定空间，容纳待检测土体，挡板表部均匀分布多个探针监测孔，多个土壤水分传感器分别和探针监测孔连通；以及设置在滑轨下端的底部固定框。部固定框。部固定框。


技术研发人员：卢长伟 刘洪铖 王立民 宋朋燃 符锐 关天冶 李寒旭 刘彬 马振洲 范燕波 赵慧
受保护的技术使用者：吉林省水利水电勘测设计研究院地质勘察岩土工程院
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/10/20